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1、星星之火，只为燎原对宇宙的梦想小学科学“地球与宇宙”板块教学活动交流武汉市育才小学 张莉在小学低年级，夜空中闪烁的星星和弯弯的月亮是儿童文学作品中永恒的主题，它会引起小学生强烈的好奇与无限的遐想。在当今飞速发展的信息时代，学生各种媒体早已熟悉地球、宇宙飞船、星球等词汇，进入中、高年级以后，有必要让他们知道有关宇宙和地球的真面目。过去有理论认为儿童无法理解描述地球、宇宙之大的数据的确切含义。例如，很少有孩子真能知道100亿恒星到底是多少，宏观的空间想象能力有限，使得儿童理解星球空间位置关系也有一定的困难。这些理论使小学阶段有关地球与宇宙的知识和生命世界、物质世界的知识相比而言相对比较薄弱。近年来
2、，由于现代信息技术手段的不断提高，这部分的教学变得容易了，生动的影视作品吸引了许多孩子的注意力。许多国家都加重了小学科学课程中地球和宇宙部分的份量。有关“地球和宇宙”知识的学习，不仅可以满足儿童的好奇心，还可以使儿童了解人类为科学地了解宇宙所做的努力。在孩子水晶般纯洁稚嫩的心灵中，对世界的万事万物充满着好奇。特别是那神秘的宇宙星空，奇特的天文现象，更容易激发起孩子们对身边世界的无限探索。天文学家卡尔萨根曾经说过：“每个人在他们幼年的时候都是科学家，因为每个孩子都和科学家一样，对自然界的奇观满怀着好奇和敬畏。 ”那么保持孩子的这种好奇心，就成为我们老师的一种责任，作为科学教师更是责无旁贷。学生通
3、过电视、网络或书籍等媒体大多数都已经知道地球在自转并且围绕太阳公转这一科学事实。但如果让学生说出自转或公转的证据，那就太少了。深人地了解学生有关地球运动的前概念，会发现一些真实、朴素但错误的观点:1.太阳沉到地下去了，黑夜就来临了。南北半球的昼夜相反(不知地球在自转和公转中的姿态)。2.昼夜现象与月球有关，因为天黑了月亮就出现。(简单地把两个现象相联)3.地球自转的方向可能是从西向东(不知道该如何确认自转方向)。4.地球可能是在运动，但我们感觉不到(不知如何寻找参照物)。5.四季的形成跟地球离太阳的远近有关，离太阳近时是夏季，离太阳远时是冬季学生的诸多认识，和早期人类对地球及其运动的认识十分相
4、似。要让学生重演人类对地球运动的探究过程。基于可观察到的现象和事实，运用相对运动、参照物、模拟再现等原理和方法进行推理、论证，最终认识地球是如何运动的。在这一过程中，需要学生多角度地、持续地收集地球运动的证据，如:资料、理论、模拟实验的结果等，需要对证据进行批判性的逻辑加工，还需要具有一定的空间想象力。这些都对学生的探究能力提出了一个较全面的挑战。面对学生感兴趣的天文，是一门专业性很强的学术课程，需要具备良好的数理基础和观测技术。我们可以看到，学生的趣味性选择是感性的求知，而这个学术性的课程却具有一定的理论高度，这样的矛盾，我们该怎样解决呢？根据学生的年龄特征和认知水平，在小学科学“地球与宇宙
5、”板块的教学活动中，我们可以引导学生初步学习利用建立模型、模拟实验、游戏、具有代表性的视频、图片资料等直观生动的方式来解释现象，通过图画、图表、文字等方式进行描述记录观察的现象、实验与测量的结果，从而对获得的这些证据进行思维加工，最终形成解释。这些方式的采用不仅会让学生感到有趣，而且还能激发他们的思考，让学生认识到这复杂而不可直接观察的地球运动与无限广阔的宇宙，也是可以被理解和认识的。通过学习同行的教学经验，请教相关专家，收集相关资料，结合自己在教学实践中的尝试，我们就“地球与宇宙”板块中的具体教学活动进行交流。有不足之处，谢谢大家批评指正！一、地月系统（1）地球的运动地球的运动运动形式 自转
6、 公转方式方向周期特点绕地轴转动自西向东24 小时地轴倾斜围绕太阳转动自西向东一年地轴倾斜方向不变，角度大小不变判断依据 傅科摆天体的东升西落卫星观测恒星周年视差星座季节变化。卫星观测产生的现象 昼夜交替 四季、极昼极夜之一：昼夜交替现象【知识了解】一、原因：1、地球是一个不透明、不发光的球；2、太阳光线是平行光；3、地球不停地自西向东运动。二、昼夜交替的周期约 24 小时。地球自转一周时，昼与夜就会更替一次。三、昼夜交替的意义：保证了地球上生物的生存和发展。【方法建议】1、模拟实验：乒乓球模拟地球，手电筒模拟太阳，模拟让地球出现昼夜交替的几种方式。实验材料：乒乓球或其他小球、手电筒或蜡烛。2
7、、模拟活动：两个学生为一组，一个模拟太阳，一个模拟地球，分别挂上标牌后模拟让地球出现昼夜交替的几种运动方式。实验材料：太阳标牌、地球标牌、透明胶或绳子。3、图文板书出太阳与地球相对运动的。【策略建议】1、明确何为昼夜交替现象？2、通过模拟实验模拟出有哪些运动方式会产生“昼夜交替”现象，推测出几种成因并画图。A.“地球不动，太阳围绕地球转”B.“太阳不动，地球围绕太阳公转但不自转”C.“地球自转，不公转”D.“地球自转，并围绕太阳公转”3、分析、推理：A.当“地球不动，太阳围绕地球转”时，地球上有昼夜交替，但是太阳要绕地球一圈，才会发生一次昼夜交替。太阳离地球 1.5 亿千米，太阳运行的速度是
8、250 千米/秒，照此速度，科学家推算太阳绕地球一圈要花 1046.6 小时。也就是说约要 43 天才会发生一次昼夜交替现象，不会 24 小时内发生一次昼夜交替现象，这显然是不符合实际情况的。B.“太阳不动，地球围绕太阳公转但不自转”这种情况下，也会有昼夜交替现象，但要地球绕太阳一圈才会发生一次昼夜现象，也就是说需要约 8760 个小时的时间，这显然也是不符合事实的。 C.“地球自转，不公转”时，地球自转一周就会发生一次昼夜现象。如果是这样，地球上某地的昼夜长短、气温变化就天天一样，不会出现差异，也就不会发生四季变化。这也不符合实际情况。 D.只有“地球围绕太阳公转，同时自转”才会既有昼夜变化
9、，又有四季变化，才符合真实的情况。4、确立合理的解释之二：地心说 PK 日心说【知识了解】人类认识地球及其运动，历史上两个有代表性的学说，即“地心说”和“日心说” 。 “地心说”也称“地球中心说” “地静说” 。认为地球居于宇宙的中心静止不动，太阳、月球、行星和恒星都围绕地球运转。这一学说最初是古希腊哲学家亚里士多德(前 384前 322)提出的。在古代，以希腊亚里士多德为代表，认为地球是宇宙的中心。其它天体则以地球为中心，在不停地运动。这种观点，就是“地心说” 。公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说” ，描绘了一个复杂的天体运动图象。公元 14
10、0 年前后，天文学家托勒密进一步发展了前人的学说，建立了宇宙地心说。在 16 世纪“日心说”发表之前的一千多年中， “地心说”一直占统治地位，并长期为教会所利用。托勒密提出的主要观点是：1、地球是球体。如果大地是平面的话，所有的人都会同时看到太阳或星辰的出没，但事实并非如此。2、地球处于宇宙中心，而且静止不动。如果地球转动，就必然会带动其他物体（如云彩等）一起转动，人们看见的却是云彩、鸟类在自由运动。3、所有的日月星辰都围绕着地球旋转，并且每天做一次圆周运动，因为人们看到的是这些天体每天都在有规律地东升西落。“日心说”又称“太阳中心说” “地动说” ”日静说” 。认为太阳是宇宙的中心，地球和其
11、他行星都围绕太阳运动。古希腊天文学家阿里斯塔克在公元前 3 世纪就已提出了这种看法，但没能进一步论证。直到 16 世纪， “日心说”才又由波铸天文学家哥白尼正式提出，并作了较系统的理论论证。哥白尼认为地球是一颗普通的行星，发动了宇宙观的革命。太阳屹立在宇宙的中心，行星围绕着太阳运行。离太阳最近的是水星，其次是金星，再次是地球。月亮绕着地球运行，是地球的卫星。比地球离太阳远的行星依次是火星、木星和土星。行星离太阳越远，运行的轨道就越大，周期就越长。在行星的轨道外面，是布满恒星的恒星天。按照日心学说，就地球上的人来看，天上恒星的位置应随着地球绕太阳运动而发生变化。在哥白尼提出日心说后的近 300
12、年中，人们进行了大量的观测，企图证明这一点，可是始终没有成功。原来，恒星离地球十分遥远，最近的一颗也远达 43 万亿千米。因此，地球围绕太阳运行造成的这颗恒星的位置变化几乎看不出来。恒星越远，这一变化也越小，当时的观测仪器是无法探测到的。直到1838 年，德国天文学家白塞尔才首次利用三角方法测出一颗名为天鹅 61 的恒星的位置变化，并推算出它的距离为 11.2 光年，从而最终证实了哥白尼的“日心说” 。地球的地位从宇宙中心的特殊天体降为绕太阳运动的一颗普通行星。然而当时的人们错误地把太阳认为是宇宙的中心，他们的宇宙模式是建立在肉眼观测基础上的太阳系构造图。哥白尼提出的主要观点是：1、地球是球形
13、的。如果在船桅顶端放一个光源，当船驶离海岸时，岸上的人们会看到亮光逐渐降低，直至最后消失，这说明地球表面是球形的。2、地球是在运动的哦，并且 24 小时自转一周。因为天空比大地大得太多，如果无限大的天穹在旋转，而地球不动，实在不可想象。3、太阳是不动的，而且处于宇宙的中心，地球以及其他的行星都一起围绕太阳做圆周运动。两种学说的相同点是，地球是球形。不同点是， “地心说”认为地球不运动，处于宇宙中心，太阳围着地球运动;“日心说”认为地球在运动，并且围绕太阳运动，所以它不处于宇宙中心。【方法建议】1、画图表示出“地心说”和“日心说”的观点。2、建立模型：用橡皮泥或纸团模拟天体，铁丝圈模拟天体的运行
14、轨道，将“地心说”和“日心说”的观点分别表示出来。模型材料：橡皮泥、铁丝、纸团等。3、角色扮演：扮演托勒密和哥白尼两个角色来阐明两种学说的主要观点。【策略建议】1、介绍“地心说”和“日心说”的主要观点。2、通过画图表示出“地心说”和“日心说”的主要观点。3、通过角色扮演证明各自观点运用了哪些证据。4、分析两种学说观点的异同，分别如何解释昼夜交替现象。5、确立正确的解释。引导学生认识到科学的观点是建立在证据之上的。认识到同一现象，可能导致有不同的解释，需要用更多的证据来加以判断。认识到在资料分析和交流中，大胆质疑和虚心接受同样重要。感受科学的探究精神。之三：证明地球的自转【知识了解】人们在长期的
15、观察中，已经发现了一些可以说明地球在自转的论据:1.天体的周日运动(太阳、月亮和星星每天东升西落的现象，叫做天体的周日运动)。这种现象可以用地球自转来解释，但也可以用地心说的观点一天弯围地转来说明(当然以现在的证据来看是错误的)。2.地球上水平直线运动的物体，会发生偏向现象，在北半球向右偏，在南半球向左偏。这些现象都是地球自转的结果。但这种现象，学生是较难观察到的。选择“傅科摆”作为地球自转的实证。傅科是用一种特殊的摆来进行实验的。特殊性在于这个摆的摆长是 60 余米的纤细金属丝，摆锤是一个重 27 千克的铁球。选用较长的金属丝，是为了让摆动的时间达到足够的长;选用较重的摆球，是为了增加摆本身
16、的惯性和动量，同时防止空气的流动对实验的影响。傅科摆摆动以后，除受重力外，没有受到其他力的作用，由于惯性，摆摆动方向是不变的。当观察者推动静止的摆锤沿子午线作南北方向的摆动，经过一段时间以后，就会看到摆动方向与子午线方向发生了偏转，从而证明地球在自转。在地球上，朝着地心的方向为下，反之为上。受地心引力的作用，物体从高处向下落，若没有别的因素影响，它应该一直朝向地心下落。大量的实验证明，物体下落过程中并不是指向地心，而是略向东偏。落体东偏现象的产生与地球自转有关，因而可以用它来证明地球的自转运动。 在地球上做水平运动的一切物体，都会发生偏向。具体来讲，在北半球作水平运动的物体，将会离开其原来的方向而逐渐向右偏转；在南半球，水平运动的物体，则会逐渐向左偏转。这就是为什么在我国，人闭着眼睛向前走会慢慢向右偏转。同时，你也可以看到在北半球，河流的右岸冲刷比较严重，而在南半球，河流的左岸冲刷比较严重。这也是因为在地球自转偏向力作用下，流水加重对右岸（北半球）或左岸（南半球）侵蚀所造成的结果。其实偏转的发生是因为地球自转的离心力产生的，当在赤道上时，离心
